[发明专利]一种用于机器人路径跟踪的时间最优轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种用于机器人路径跟踪的时间最优轨迹规划系统及方法，该系统包括路径处理单元、轨迹规划单元和指令生成单元；路径处理单元执行路径位移计算处理、路径函数拟合处理、路径微分系数计算处理和路径规划点选取处理；轨迹规划单元用于规划最优轨迹；指令生成单元用于生成控制指令等。该方法包括以下步骤：S1路径位移计算处理；S2获得路径函数；S3路径微分系数计算处理；S4路径规划点选取；S5求解规划点路径边界速度及加速度；S6规划时间最优轨迹；S7获得每个控制周期路径位移；S8得到每个时刻的各轴角位移；S9各轴角位移将转化为控制指令脉冲信号等等。本发明减少路径跟踪时间和轨迹规划的计算时间。

技术领域

本发明涉及机器人自动控制技术领域，具体涉及一种用于机器人路径跟踪的时间最优轨迹规划系统及方法。

背景技术

在利用机器人进行搬运，装配，机加工等任务时，使用机器人进行任务路径跟踪时，为了提高机器人的工作效率，应该使机器人在高速下运行。。传统的 S型速度规划，并不能发挥电机的全部性能。为了使机器人始终处于允许的最大速度下工作，使机器人在临界条件下运动的轨迹规划方法称为时间最优轨迹规划方法。

自1980年代以来，时间最优控制方法已经在多篇论文中被提出并众所周知，其中应用最多的数值积分方法在面对复杂的动力学模型计算时，特别是非线性动力学模型时难以积分，导致了其只能应用于简单的动力学模型的情况，这导致了动力学模型的不准确性。同时数值积分每个控制周期都需要通过求解动力学和运动学约束来进行规划，大大加大了轨迹规划的计算时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机器人路径跟踪的时间最优轨迹规划系统及方法，用于复杂非线性动力学模型时的时间最优轨迹规划，用于在线规划机器人的轨迹，减少路径跟踪时间和轨迹规划的计算时间。

本发明采用以下的技术方案。

一种用于机器人路径跟踪的时间最优轨迹规划系统，该系统包括路径处理单元、轨迹规划单元和指令生成单元；

其中，路径处理单元执行路径位移计算处理、路径函数拟合处理、路径微分系数计算处理和路径规划点选取处理；

轨迹规划单元用于在路径位移速度平面规划机器人的时间最优轨迹，假设规划点之间为匀加速运动，通过匀加速运动方程进行规划；

指令生成单元用于根据获得的最优轨迹，获得每个控制周期的路径位移，从而根据路径函数获得各轴的角位移，再转化为控制指令脉冲用于机器人的控制。

一种用于机器人路径跟踪的时间最优轨迹规划方法，包括以下步骤：

S1.获取任务路径；

S2.利用路径处理单元执行路径位移计算处理，获得路径位移；

S3.路径函数拟合处理，获得路径函数；

S4.路径微分系数计算处理；

S5.选取路径规划点，减少需要规划的点数以减少规划时间；

S6.在轨迹规划单元中根据约束条件求解规划点路径边界速度及相应加速度；

S7.根据约束条件、路径边界速度及相应加速度通过匀加速运动方程规划时间最优轨迹；

S8.利用指令生成单元获得每个控制周期路径位移；

S9.每个控制周期的位移代入路径函数得到每个时刻的各轴角位移；

S10.各轴角位移将转化为控制指令脉冲信号，发送到机器人控制柜中对机器人进行控制。

进一步的，步骤S2所述的路径位移计算处理是通过从任务路径起点开始，沿着机器人末端路径移动方向得到的路径弧长，并将路径弧长进行归一化，作为路径位移，用s表示路径位移。